(57)【要約】【課題】小型化に有利で信頼性に優れ、且つ、色再現性や色分離の問題解消にも投影画像の種類に応じて容易に対応可能なカラープロジェクタを提供する。【解決手段】光源１の射出光Ｌ１から赤、緑、青の３原色光を採り出すための分光手段として液晶素子３を配置し、この液晶素子３の光入射側には、偏光変換素子２が配設され、液晶素子３により分離採出された３原色光を入力映像信号に応じて変調して画像信号光とする光変調手段としてＤＭＤ５が配設され、このＤＭＤ５から出射されるオン信号光は投影光学系６を介してスクリーン７に投写され、オフ信号光は投影光学系６以外の方向へ反射されて、高コントラストで明瞭なデジタル投写映像が得られる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの射出光を入射させ、特定波長範囲毎の色成分光に分離して選択的に出射させる分光手段と、
前記色成分光を入射させ、入力される映像信号に応じて変調し、画像光として所定方向に出射させる光変調手段と、
前記画像光を所望の表示面に投影させる投影手段とを有するカラープロジェクタであって、
前記分光手段が、カラーフィルタを備えた液晶素子であることを特徴とするカラープロジェクタ。
【請求項２】
前記光変調手段は、複数のマイクロミラーを備え、個々のマイクロミラーへ入射した光の反射方向が前記投影手段に向かう方向と前記投影手段以外の方向との間で入力映像信号に応じて切り換えられる反射変調光学素子であることを特徴とする請求項１に記載のカラープロジェクタ。
【請求項３】
前記光変調手段は、シリコン基板の表面に複数の画素電極それぞれに信号を供給する複数の薄膜トランジスタと、トランジスタ駆動用配線と、その上に光反射層を表面に有する複数の画素電極とが積層されてなる第１の電極基板に、透明基板に対向電極を形成してなる第２の電極基板を、これらの間に液晶を挟持した状態で対向電極と光反射層を対向させて接合してなる反射型液晶表示素子であることを特徴とする請求項１に記載のカラープロジェクタ。
【請求項４】
光源と、
前記光源からの射出光を入射させ、特定波長範囲毎の色成分光に分離して選択的に出射させる分光手段と、
前記色成分光を入射させ、入力される映像信号に応じて変調し、画像光として所定方向に出射させる光変調手段と、
前記画像光を所望の表示面に投影させる投影手段とを有するカラープロジェクタであって、
前記分光手段が、透明基板上に光の屈折率が相対的に高い高屈折率層と低い低屈折率層の少なくとも２層が交互に積層されてなり、特定エリアにおいて特定波長範囲の光を基板の法線方向に選択透過させる線形可変光学フィルタであることを特徴とするカラープロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラー画像を投影表示するカラープロジェクタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、カラー画像を投影表示するカラープロジェクタとして、特許文献１に示されるようなプロジェクタが知られている。
【０００３】
このプロジェクタでは、光源の射出光から赤、緑、青の３原色光を取り出すために、カラーホイールを用いている。
【特許文献１】実用新案登録第３０９２５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、カラーホイールは回転駆動機構を持つため、構造的に嵩張り小型化に不利であるだけでなく、回転機構部は本質的に長期に亘る耐用性に難があるために製品の信頼性の面でも不利である。また、投影画像の種類に応じて生じる色分離や色再現性の問題に対しても回転速度を変えたりカラーホイールを交換する必要があり、柔軟な対応が難しい。
【０００５】
本発明の目的は、小型化に有利で信頼性に優れ、且つ、色再現性や色分離の問題にも投影画像の種類に応じて容易に対応可能なカラープロジェクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一方の本発明のカラープロジェクタは、光源と、前記光源からの射出光を入射させ、特定波長範囲毎の色成分光に分離して選択的に出射させる分光手段と、前記色成分光を入射させ、入力される映像信号に応じて変調し、画像光として所定方向に出射させる光変調手段と、前記画像光を所望の表示面に投影させる投影手段とを有するカラープロジェクタであって、前記分光手段がカラーフィルタを備えた液晶素子であることを特徴とするものである。
【０００７】
他方の本発明のカラープロジェクタは、光源と、前記光源からの射出光を入射させ、特定波長範囲毎の色成分光に分離して選択的に出射させる分光手段と、前記色成分光を入射させ、入力される映像信号に応じて変調し、画像光として所定方向に出射させる光変調手段と、前記画像光を所望の表示面に投影させる投影手段とを有するカラープロジェクタであって、前記分光手段が、透明基板上に光の屈折率が相対的に高い高屈折率層と低い低屈折率層の少なくとも２層が交互に積層されてなり、特定エリアにおいて特定波長範囲の光を基板の法線方向に選択透過させる線形可変光学フィルタであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
上述した本発明のカラープロジェクタによれば、分光手段として、回転機構部を有さず小型薄型化に有利な液晶素子や線形可変フィルタ（Linear Valuable Filter：以下、ＬＶＦと言う）を用いるから、小型薄型化が促進されると共に信頼性が向上し、且つ、色再現性及び色分離の問題が容易に解消される。
【０００９】
本発明のカラープロジェクタは、光変調手段として、複数のマイクロミラーを備え、個々のマイクロミラーへ入射した光の反射方向が前記投影手段に向かう方向と前記投影手段以外の方向との間で入力映像信号に応じて切り換えられる反射変調光学素子としてのＤＭＤ（Digital Micromirror Device（登録商標））を用いることが好ましく、これにより、高コントラストで高度な演色性を備えた投影画像を長期にわたり安定して得ることができる。
【００１０】
また、本発明のカラープロジェクタにおいては、光変調手段として、シリコン基板の表面に複数の画素電極それぞれに信号を供給する複数の薄膜トランジスタと、トランジスタ駆動用配線と、その上に光反射層を表面に有する複数の画素電極とが積層されてなる第１の電極基板に、透明基板に対向電極を形成してなる第２の電極基板を、これらの間に液晶を挟持した状態で対向電極と光反射層を対向させて接合してなる反射型液晶表示素子を用いることが好ましく、これにより、画素間の遮光膜が不要となって開口率が上昇するために高輝度で且つ画素間の境界が目立たない滑らかな投影画像が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の第１の実施形態としてのカラープロジェクタを示す構成説明図、図２（ａ）、（ｂ）はその分光手段である液晶素子による３原色光の分離採出（以下、配色という）タイミングを示す説明図、及び図３はそのカラープロジェクタを駆動する回路構成を示すブロック説明図である。
【００１２】
図１に示されるように、本実施形態のカラープロジェクタは、大略、光源１、偏光変換素子２、分光手段としての液晶素子３、この液晶素子を挟むように配設された一対のリレー光学系４ａ、４ｂ、光変調手段としてのＤＭＤ５、投影光学系６、及び投影画像が投写されるスクリーン７とで構成されている。
【００１３】
光源１は、ランプ１０１とランプ１０１から射出された光を正面方向に反射させるリフレクタ１０２からなり、偏光変換素子２に向けて光Ｌ１を投射する。
【００１４】
偏光変換素子２は、反射軸と透過軸を有する偏光シートを備え、光源１から射出され入射した光Ｌ１を偏光方向が所定方向に揃った直線偏光にして出射させる。この場合、入射した光のうちの約半分が透過軸に平行な偏光面を持つ直線偏光となって出射し、残りの約半分は反射軸に平行な直線偏光となって反射されるが、この反射された直線偏光は偏光変換素子２内で拡散反射を繰り返すうちに偏光面が透過軸に平行な直線偏光となって出射する。従って、偏光変換素子２からは入射光と略同じ光量の透過軸に平行な偏光面を有する直線偏光が出射する。
【００１５】
分光手段としての液晶素子３は、高速応答モードのアクティブマトリックス型液晶素子であり、一対の透明電極基板３０１、３０２間に液晶３０３が挟持されると共に赤、緑、青の各色要素からなるカラーフィルタ３０４が設置されてなる。各色要素は各画素に対応させて所定の配列で配設されており、入力駆動信号に応じて赤、緑、青の何れかの画素がオン状態（光透過状態）となってそのオンされた画素の色要素を透過した波長光を出射させる。この場合、液晶素子３は、その光入射側に設置されている偏光板（不図示）の透過軸と前記偏光変換素子２の透過軸とが平行となる配置で設置されており、これにより、偏光変換素子２から出射された直線偏光がその光量に実質的な低下を生じさせることなく液晶素子３内に入射する。
【００１６】
ここで、本発明に係わるカラープロジェクタでは分光手段として液晶素子３を用いるから、ＤＭＤ５に向けて出射させる光の配色の切り換えタイミングを自在に設定することができ、色分離や色再現性の問題を解消するのに極めて有利となる。
【００１７】
すなわち、色分離の問題に対しては、図２（ａ）に示されるように、同じ周期Ｔで赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の配色を同じ順序で切り換える通常のモードと、Ｔ／２やＴ／４の短い周期で配色を切り換えるモード等とを、投影する映像の種類に応じて変更することにより、解消することができる。
【００１８】
また、色再現性の問題に対しては、図２（ｂ）に示されるように、前記通常モードを、例えば白表示に緑色が混じる場合には緑の配色周期を赤や青の配色周期よりも短くするというように、色再現性の問題の発現状態に応じて各色の配色周期を最適に設定することにより、解消することができる。
【００１９】
なお、液晶素子３の光入射側と光出射側に配設されている一対のリレー光学系４ａ、４ｂは、複数の各種レンズを組み合わせて構成され、液晶素子３の各画素を透過して出射される赤、緑、青の各配色光をＤＭＤ５の対応する画素に正確に集光するために配設されている。
【００２０】
ＤＭＤ５は投写映像を構成する複数の画素に対応させて複数の微小な反射鏡つまりマイクロミラー（不図示）が配設されてなり、各マイクロミラーは入射光に対する角度をオン状態とオフ状態の２値に自在に切り換え可能に設置されている。各マイクロミラーはシリコン基板上に設置されており、シリコン基板に形成されている半導体回路によりオン・オフ駆動される。この場合、マイクロミラーがオン状態の角度にセットされると入射光を投影光学系６に向けて反射し、オフ状態の角度にセットされると入射光を投影光学系６以外の方向に反射する。
【００２１】
次に、本実施形態のカラープロジェクタを駆動する回路構成とその動作について、図３に基づき説明する。
【００２２】
本実施形態のカラープロジェクタの駆動回路８は、大略、アナログ映像信号が入力されるＡ／Ｄ変換回路８０１と、画像処理回路８０２、データ変換回路８０３、フレームメモリ等からなる記憶回路８０４、ＤＭＤ駆動回路８０５、及び液晶素子駆動回路８０６からなる。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換回路８０１に入力されたアナログ映像信号は、ここでデジタル信号に変換されて画像処理回路８０２に出力される。画像処理回路８０２では送られてきたデジタル映像信号にスケーリング処理やガンマ（γ）補正処理が施される。画像処理された映像信号はデータ変換回路８０３に送られ、ここで、ＤＭＤ５の各画素に対応したオン・オフ信号とこれに同期するカラー信号に変換される。
【００２４】
オン・オフ信号は、記憶回路８０４に送られてフレームメモリに一旦格納され、フレームメモリ毎にＤＭＤ駆動回路８０５に送られる。ＤＭＤ駆動回路８０５は、送られてきたオン・オフの２値信号に基づきＤＭＤ５の各画素に設けられたマイクロミラーをオン・オフ駆動する。
【００２５】
一方、各画素毎のカラー信号は、液晶素子駆動回路８０６に送られ、これに基づき液晶素子３の各画素がＤＭＤ５の各マイクロミラーのオン・オフ駆動に同期してオン・オフ駆動される。
【００２６】
従って、ＤＭＤ５における各画素のマイクロミラーで反射される光の色は、入力映像信号において決められていた色と一致する。これにより、ＤＭＤ５から投影光学系６に向けて入力映像信号に基づくカラー画像光が出射され、このカラー画像光は投影光学系６によってスクリーン７の表示面に結像されるように投射される。
【００２７】
このようにしてスクリーン７上に投写された映像は、ＤＭＤ５のオン・オフ動作に基づきデジタル再生されたカラー映像であるから、映像信号化される前の撮像対象物の色相つまり自然の色相がスクリーン７上に正確に映し出される高度な演色性を備え、且つ、コントラスト及び輝度が共に高く明瞭で明るい高品位な映像である。
【００２８】
以上のように、本実施形態のカラープロジェクタは、光源光から赤、緑、青の波長光を採り出す分光手段として液晶素子３を用いるから、回転機構部を備えたカラーホイールを用いる場合に比べて信頼性が増すと共に小型化が促進される。また、赤、緑、青の波長光の配色周期を投影する映像の種類に応じて自在に設定することができるから、色分離や色再現性の問題を容易に解消することができる。さらに、光源光を偏光変換素子２を介して液晶素子３に入射させるから、液晶素子３の偏光板で吸収される光のロスを最小限に抑えることができ、所望の明るい映像を得るために必要な光量を充分に確保できる。加えて、入力信号に応じたカラー映像を得るための変調手段としてＤＭＤ５を用いるから、高度な演色性とコントラスト及び輝度を備えた明るく明瞭な高品位デジタル映像を投写することができる。その結果、信頼性が格段に向上すると共に小型薄型化が顕著に促進されるとともに高品位デジタル映像を投写可能なカラープロジェクタを提供することが可能となる。
【００２９】
つぎに、本発明の第２実施形態について、図４（ａ）、（ｂ）及び図５に基づき説明する。なお、上記実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００３０】
図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、本実施形態のカラープロジェクタは、分光手段として、ＬＶＦ（Linear Variable Filter）１１を用いる。ＬＶＦ１１は、矩形の透明基板１１１上に、光の屈折率が相対的に高い高屈折率層と低い低屈折率層が交互に積層され、縦、横何れか一方の方向の断面が楔型をなす多層光学積層体１１２が形成されて構成されており、楔型断面が得られる前記一方の方向（以下、楔断面方向という）に沿って透過光の波長が直線的に変化する。多層積層体１１２を形成する各薄膜層としては、ＳｉＯ2 、ＴａＯ3 等が好適に用いられる。
【００３１】
ＬＶＦ１１の光出射側には、ガイドスリット１２が対向配設されている。このガイドスリット１２には、３個の光通過スリット１２１ｒ、１２１ｇ、１２１ｂが所定位置に穿設されている。これら光通過スリット１２１ｒ、１２１ｇ、１２１ｂは、それぞれ、ＬＶＦ１１からの出射光のうちの赤、緑、青の各波長光を選択通過させるためのスリットであり、ＬＶＦ１１の光出射面における各色波長光が最も高い純度で出射されるエリアに対向する位置に穿設されている。本実施形態においては、赤色光と青色光の各光通過スリット１２１ｒ、１２１ｂが前記楔断面方向に平行な同一直線上の所定位置に穿設され、緑色光の光通過スリット１２１ｇは赤、青各光通過スリット１２１ｒ、１２１ｂの垂直２等分線上の所定位置にそれぞれ穿設されている。
【００３２】
ガイドスリット１２の光出射側には、各光通過スリット１２１ｒ、１２１ｇ、１２１ｂに対向させて、それぞれ、コンデンサレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂが配設されている。これら３個のコンデンサレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂは、それぞれ、対向する光通過スリット１２１ｒ、１２１ｇ、１２１ｂを通過してくる赤、緑、青の各波長光を集束させて所定位置に投射するために配設されている。
【００３３】
各コンデンサレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂの光出射側対向位置には、それぞれ、プリズム１４ｒ、１４ｇ、１４ｂが配設され、更に、赤色光用プリズム１４ｒと青色光用プリズム１４ｂの中間位置には、集光プリズム１４ａが配設されている。各コンデンサレンズ１３ｒ、１３ｇ、１３ｂに対向させて設けられた３個のプリズム１４ｒ、１４ｇ、１４ｂは、入射した光を屈折させて所定位置から出射させる。また、赤色光用コンデンサレンズ１３ｒと青色光用コンデンサレンズ１３ｂの中間位置に対応させて配設されている集光プリズム１４ａは、異なる方向から入射した光を集光し、所定の１方向にまとめて出射させる。
【００３４】
３個のプリズム１４ｒ、１４ｇ、１４ｂには、それぞれ、ＤＭＤ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂが配設されている。各ＤＭＤ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂは、それぞれ、３個のプリズム１４ｒ、１４ｇ、１４ｂの集光プリズム１４ａに対向する各端面とは反対側の各端面に対向させて配設されている。これらＤＭＤ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂの各マイクロミラーは、入射光を集光プリズム１４ａの中心位置に向けて反射するオン状態と投写映像の表示品位に支障を及ぼさないそれ以外の方向に反射するオフ状態とで入力映像信号に応じて自在に切り換え可能に設置されている。
【００３５】
集光プリズム１４ａの光出射側には、リレー光学系１６と投影光学系１７が順次配設されている。これら各光学系１６、１７は、集光プリズム１４ａから出射された画像光を図示されていないスクリーン面に映像として結像されるように投射する。
【００３６】
次に、本実施形態のカラープロジェクタを駆動する回路構成とその動作について、図５に基づき説明する。
【００３７】
本実施形態のカラープロジェクタの駆動回路１８は、大略、アナログ映像信号が入力されるＡ／Ｄ変換回路１８１と、画像処理回路１８２、データ変換回路１８３、フレームメモリ等からなる記憶回路１８４、及びＤＭＤ駆動回路１８５からなる。
【００３８】
Ａ／Ｄ変換回路１８１に入力されたアナログ映像信号は、ここでデジタル信号に変換されて画像処理回路１８２に出力される。画像処理回路１８２では送られてきたデジタル映像信号にスケーリング処理やガンマ（γ）補正処理が施される。画像処理された映像信号はデータ変換回路１８３に送られる。この段階までの動作は、上記第１実施形態のカラープロジェクタの場合と略同じである。
【００３９】
データ変換回路１８３に送られた映像信号は、色情報を伴うオン・オフ信号に変換されて次順の記憶回路１８４に送られ、そのフレームメモリに一旦格納される。フレームメモリに格納された色情報を伴うオン・オフ信号は、フレーム毎に読み出され、ＤＭＤ駆動回路１８５に送られる。ＤＭＤ駆動回路１８５は、送られてきた色情報データに基づきＤＭＤ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂから駆動すべきＤＭＤ１５を選択し、オン・オフの２値信号に基づき選択したＤＭＤ１５の対応する画素に設けられたマイクロミラーをオン・オフ駆動する。
【００４０】
各ＤＭＤ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂで反射された赤、緑、青の各信号光は、集光プリズム１４ａで集光され、入力映像信号に基づくカラー画像光となって出射され、このカラー画像光は投影光学系１７によってスクリーン（不図示）の表示面に投写される。
【００４１】
以上のように、本実施形態のカラープロジェクタは、分光手段としてＬＶＦ１１を採用したから、赤、緑、青の３原色光を同時に高い純度で分離採出でき、３原色光を複数のダイクロイックミラーで１色光づつ分離採出する従来の場合に比べて、光学系の構成が極めてコンパクトなものとなる。また、ＬＶＦ１１自体も極めて薄く且つ駆動部を有しないから、カラープロジェクタの小型薄型化を顕著に促進し、信頼性を大幅に向上することができる。
【００４２】
加えて、同時に分離採出した赤、緑、青の３原色光毎に変調手段としてのＤＭＤ１５ｒ、１５ｇ、１５ｂを設けたから、色分離や色再現性の問題にも柔軟に対応し解消できると共に、高度な演色性とコントラスト及び輝度を備えた明るく明瞭な高品位デジタル映像を投写することができる。
【００４３】
なお、本発明は、上記第１、第２実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述した二通りの実施形態では共に光変調手段としてＤＭＤを用いたが、これに限らず、光変調手段して反射型液晶表示素子を用いてもよい。図６に示すカラープロジェクタは、図１に示した第１実施形態のカラープロジェクタにおいて、光変調手段として反射型液晶表示素子のＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）２１を用いたものである。
【００４４】
ＬＣＯＳ２１は、シリコン基板上に光反射層を表面に有する複数の画素電極が形成され、これら画素電極それぞれに信号を供給する複数の薄膜トランジスタとトランジスタ駆動用配線等が前記画素電極と前記シリコン基板との間に形成されてなる第１の電極基板に、透明基板に対向電極を形成してなる第２の電極基板を、これらの間に液晶を挟持し対向電極と光反射層を対向させて接合してなる反射型液晶表示素子である。従って、このＬＣＯＳ２１には、配線や薄膜トランジスタ等の駆動回路が反射層の裏側に配設されるために画素間にブラックマスク等の光の進行を妨げる部材が存在しない。
【００４５】
ＬＣＯＳ２１の光が入、出射する前側には、偏光ビームスプリッタ２２が配設されている。この偏光ビームスプリッタ２２には、光源光Ｌ１が分光手段としての液晶素子３を透過することにより赤、緑、青の何れかに配色された直線偏光が入射する。この直線偏光は、偏光ビームスプリッタ２２内で９０°屈折してＬＣＯＳ２１に入射し、ここで、入力映像信号に応じ反射される。この反射された画像信号光は、再び偏光ビームスプリッタ２２に入射し、そのうちのオン信号光（明表示光）だけが選択的に透過し投影光学系６に向けて出射される。
【００４６】
上述のように構成された図６に示すカラープロジェクタによれば、図１に示した第１実施形態のカラープロジェクタにより奏される効果に加えて、光変調手段として画素間にブラックマスク等の光の進行を妨げる部材が存在しない開口率の高いＬＣＯＳ２１を用いるから、高輝度で且つ画素の境界が殆ど認識されない滑らかな高品位映像が投写される。
【００４７】
加えて、光変調手段としては、上述したＤＭＤやＬＣＯＳに限らず、通常の透過型液晶表示素子等の他の種々の光変調手段を用いることが可能であることは、勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１実施形態としてのカラープロジェクタを示す構成説明図である。
【図２】上記第１実施形態のカラープロジェクタにおける光源光の配色を切り換えるタイミングを示すタイミングチャートで、（ａ）は色分離対策としての配色タイミング例を示し、（ｂ）は色再現性対策としての配色タイミング例を示してる。
【図３】上記第１実施形態のカラープロジェクタの動作を示すブロック説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の第２実施形態としてのカラープロジェクタを示す立面図と平面図で、（ａ）は（ｂ）の平面図におけるＺ方向矢視立面図である。
【図５】上記第２実施形態のカラープロジェクタの動作を示すブロック説明図である。
【図６】上記第１、第２実施形態の一変形例を示す構成説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１                          光源
２                          偏光変換素子
３                          液晶素子
４ａ、５ａ、１６            リレー光学系
５、１５ｒ、１５ｇ、１５ｂ  ＤＭＤ
６、１７                    投影光学系
７                          スクリーン
８０１、１８１              Ａ／Ｄ変換回路
８０２、１８２              画像処理回路
８０３、１８３              データ変換回路
８０４、１８４              記憶回路
８０５、１８５              ＤＭＤ駆動回路
８０６                      液晶素子駆動回路
１１                        ＬＶＦ
１２                        ガイドスリット
１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ      コンデンサレンズ
１４ａ                      集光プリズム
１４ｒ、１４ｇ、１４ｂ      プリズム
２１                        ＬＣＯＳ
２２                        偏光ビームスプリッタ
【図１】
2007033607.tif 000003
【図２】
2007033607.tif 000004
【図３】
2007033607.tif 000005
【図４】
2007033607.tif 000006
【図５】
2007033607.tif 000007
【図６】
2007033607.tif 000008